RU2319261C1

RU2319261C1 - Radar antenna having reduced effective-dissipation area

Info

Publication number: RU2319261C1
Application number: RU2006128093/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Ковалев; Олег Владимирович Король; Сергей Михайлович Нестеров; Иван Алексеевич Скородумов; Александр Васильевич Терпугов
Original assignee: Сергей Владимирович Ковалев; Олег Владимирович Король; Сергей Михайлович Нестеров; Иван Алексеевич Скородумов; Александр Васильевич Терпугов
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-03-10

Abstract

FIELD: antenna engineering.

SUBSTANCE: proposed radar antenna has minimum two radiators operating in desired frequency band, frequency selection devices disposed in front of radiators on same plane whose band characteristics make it possible to pass electromagnetic radiation in operating frequency band and to reflect beam beyond this band. Antenna radiators whose dimensions are comparable with operating wavelength are spatially disposed throughout entire convex axially symmetric surface or its part uniformly about axis oriented along normal to frequency selection device plane formed by ball segment or circular right cone having desired wavelengths.

EFFECT: reduced effective dissipation area of antenna in operating frequency band.

2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано при проектировании антенных устройств с уменьшенной эффективной площадью рассеяния (ЭПР).The invention relates to radio engineering, namely to antenna technology, and can be used in the design of antenna devices with a reduced effective scattering area (EPR).

Одними из основных элементов конструкции современных самолетов, вносящих существенный, до 30% и более, вклад в их ЭПР в секторах передней полусферы, являются антенны бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). Из всех антенн БРЭО наибольший вклад в ЭПР самолета вносит носовой антенный отсек с антенной бортовой радиолокационной станции (БРЛС) Для снижения заметности антенн БРЭО принимаются всевозможные меры, в том числе и замена зеркальных параболических антенн на активные фазированные антенные решетки (АФАР) (Зарубежное военное обозрение. №11(680), Москва, 2003). За счет этого решается проблема снижения уровней отражений от элементов оборудования, расположенных за раскрывом антенны. Кроме того, приемно-излучающие модули АФАР могут устанавливаться на малоотражающем основании (плоскости), где в отличие от волноводно-щелевых ФАР уровни их ЭПР в основном определяются отражением от излучающих элементов модулей. Однако в настоящее время задачу создания малозаметных антенн нельзя считать полностью решенной, поэтому особую ценность приобретают оригинальные технические решения, позволяющие приблизиться к ее решению.One of the main structural elements of modern aircraft, making a significant, up to 30% or more, contribution to their EPR in the sectors of the front hemisphere, are antennas of avionics (avionics). Of all the avionics antennas, the foremost contribution to the aircraft’s EPR is made by the bow antenna compartment with the onboard radar antenna. Various measures are taken to reduce the visibility of avionics, including replacing reflector parabolic antennas with active phased array antennas (AFAR) (Foreign Military Review No. 11 (680), Moscow, 2003). Due to this, the problem of reducing the levels of reflections from equipment elements located behind the opening of the antenna is solved. In addition, the receiving-emitting AFAR modules can be installed on a low-reflecting base (plane), where, in contrast to the waveguide-slotted PARs, their EPR levels are mainly determined by reflection from the radiating elements of the modules. However, at present, the task of creating subtle antennas cannot be considered completely solved; therefore, original technical solutions, which make it possible to approach its solution, are of particular value.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является радиолокационная антенна с уменьшенной поверхностью обратного рассеивания 1 (фиг.1) (Заявка ФРГ №3642072. МКИ: G01S 7/38, H01Q 15/14, публикация 23.06.1988 г., №25 (прототип)), содержащая минимум один излучатель 2, работающий в заданной полосе рабочих частот, размещенные перед излучателем в одной плоскости устройства частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение. Очевидно, что основным недостатком такой антенны является ее "заметность" в полосе рабочих частот, когда антенна переотражает в обратном направлении часть энергии, приходящей от внешнего источника излучений.The closest technical solution to the proposed one is a radar antenna with a reduced surface of the backscatter 1 (figure 1) (Application Germany No. 3442072. MKI: G01S 7/38, H01Q 15/14, publication 06/23/1988, No. 25 (prototype) ), containing at least one emitter 2, operating in a given operating frequency band, located in front of the emitter in the same plane of the frequency selection device 3 with band characteristics that allow transmission of electromagnetic radiation in the operating frequency band and reflect radiation outside this band. Obviously, the main drawback of such an antenna is its “visibility” in the operating frequency band, when the antenna reflects back part of the energy coming from an external radiation source.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение эффективной площади рассеяния антенны в полосе ее рабочих частот.The objective of the present invention is to reduce the effective scattering area of the antenna in the band of its operating frequencies.

Для решения данной задачи в известном устройстве антенны с уменьшенной поверхностью обратного рассеивания 1, содержащей минимум два излучателя 2, работающих в заданной полосе рабочих частот, размещенных перед излучателями в одной плоскости устройств частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение, излучатели размещают по всей или части выпуклой осесимметричной поверхности равномерно вокруг оси, ориентированной по нормали к плоскости устройств частотной селекции и образованной шаровым сегментом с основанием радиуса b≥7λ и высотой h, исходя из соотношения b/h≈2, где λ - рабочая длина волны (фиг.2) или образованной круговым прямым конусом высотой k с основанием радиуса с≥7λ, исходя из соотношения k/c≈3, где λ - рабочая длина волны (фиг.3).To solve this problem, in a known antenna device with a reduced backscatter surface 1, containing at least two emitters 2 operating in a given operating frequency band, placed in front of the emitters in the same plane of frequency selection devices 3 with band characteristics that allow transmission of electromagnetic radiation in the operating frequency band and outside of this band to reflect radiation, emitters are placed on all or part of a convex axisymmetric surface uniformly around an axis oriented d along the normal to the plane of the devices of frequency selection and formed by a spherical segment with a base of radius b≥7λ and height h, based on the ratio b / h≈2, where λ is the working wavelength (figure 2) or formed by a circular straight cone of height k s the base of the radius c≥7λ, based on the ratio k / c≈3, where λ is the working wavelength (figure 3).

Поясним данное техническое решение.Let us explain this technical solution.

Рассмотрим более подробно возможность и условия уменьшения эффективной площади рассеяния (ЭПР) антенны в полосе ее рабочих частот за счет применения вместо плоской АФАР конформной. Очевидно, что уменьшение ЭПР антенны можно добиться приданием ей малоотражающей формы такой, которая максимум отраженной электромагнитной энергии отклоняет в сторону от направления на приемную антенну радиолокатора. Наиболее характерной малоотражающей формой, отклоняющей максимум падающей энергии в сторону от приемной антенны, является наклонная плоскость, цилиндрическая, сферическая или коническая поверхности. Для последних характерно не только отклонение максимума отражения от направления на радиолокатор, но и рассеяние отраженной энергии в разные стороны. На фиг.4 приведено сравнение величины ЭПР простых отражателей, у которых видимые геометрические площади облучаемых поверхностей равны 1 м² (Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка. М.: «Сов. радио». 1968. Стр.45.). Очевидно, что максимальную величину ЭПР при равновеликих геометрических размерах имеют объекты в виде плоских или цилиндрических конструкций. Следовательно, основным условием уменьшения ЭПР является замена конструкций, имеющих такие поверхности, на сферические и конические поверхности. Вместе с тем известно, что плоские АФАР обеспечивают достаточно высокий коэффициент усиления только в секторах сканирования, не превышающих 40°...50° от нормали к поверхности антенны. При этом сектор сканирования плоской АФАР ограничивается главным лепестком диаграммы направленности излучающего элемента решетки и определяется их геометрическими размерами, а также взаимной связью между ними. Поэтому на практике для некоторых АФАР возникает необходимость увеличения угла сканирования в секторе обзора, превышающем полусферу, и одновременного осуществления кругового обзора в горизонтальной плоскости. Для реализации этих требований вполне подходят АФАР специальной конструкции, использующие пространственные (неплоские) системы излучателей. К ним, в первую очередь, относятся гибридные, конформные и многогранные АФАР. Среди конформных АФАР наибольшего внимания заслуживают сферические и конические АФАР (Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток), под редакцией Д.И.Воскресенского. М.: "Радио и связь". 1981. Стр.150-157). Совершенно очевидно, что такие конформные АФАР наряду с перечисленными особенностями обладают малоотражающими свойствами при облучении радиоволной с направлений, близких к оси симметрии. Также известно, что процесс формирования главного лепестка диаграммы направленности в направлениях, близких к оси симметрии в сферических и конических АФАР, производится с показателями, не уступающими, а иногда и превосходящими показатели плоских АФАР. Для формирования главного максимума диаграммы направленности конформной АФАР в заданном направлении требуется синфазное сложение полей одной и той же поляризации всех излучателей, входящих в излучающую область. Перемещение излучающей области по выпуклой поверхности требует изменения плоскости поляризации полей, входящих в нее излучателей. Поэтому в этих АФАР применяют излучатели либо круговой, либо управляемой поляризации. В качестве излучающих элементов АФАР с полусферическим обзором применяются такие же слабонаправленные излучатели с осевой симметрией, что и в плоских АФАР. Для создания необходимых поляризационных характеристик наибольшее распространение получили следующие типы излучателей: крестообразные вибраторы, спиральные и частотно-независимые антенны и щелевые излучатели, поперечные размеры которых, в зависимости от типа излучателя, находятся в пределах от 0,4λ до 1,2λ, т.е. их размеры соизмеримы с рабочей длиной волны.Let us consider in more detail the possibility and conditions of reducing the effective scattering area (EPR) of an antenna in the band of its working frequencies due to the use of a conformal AFAR instead of a flat one. Obviously, reducing the ESR of the antenna can be achieved by giving it a low-reflective shape such that the maximum reflected electromagnetic energy deflects away from the direction of the receiving antenna of the radar. The most characteristic low-reflective form, deflecting the maximum incident energy to the side of the receiving antenna, is an inclined plane, a cylindrical, spherical or conical surface. The latter are characterized not only by the deviation of the reflection maximum from the direction to the radar, but also by the scattering of reflected energy in different directions. Figure 4 shows a comparison of the EPR values of simple reflectors, in which the visible geometric areas of the irradiated surfaces are 1 m ² (Stepanov Yu.G. Anti-radar masking. M: "Sov. Radio". 1968. P. 45.). Obviously, objects with the same geometrical dimensions have the maximum ESR in the form of flat or cylindrical structures. Consequently, the main condition for reducing the EPR is the replacement of structures having such surfaces with spherical and conical surfaces. However, it is known that flat AFARs provide a sufficiently high gain only in scanning sectors, not exceeding 40 ° ... 50 ° from the normal to the antenna surface. In this case, the scanning sector of a flat AFAR is limited to the main lobe of the radiation pattern of the radiating element of the array and is determined by their geometric dimensions, as well as by the mutual relationship between them. Therefore, in practice, for some AFARs, it becomes necessary to increase the scanning angle in the field of view exceeding the hemisphere, and at the same time to carry out a circular view in the horizontal plane. To implement these requirements, AFAR of a special design, using spatial (non-planar) emitter systems, is quite suitable. These primarily include hybrid, conformal and multifaceted AFAR. Among conformal AFARs, the most notable are spherical and conical AFARs (Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays), edited by DI Voskresensky. M.: Radio and Communications. 1981. pp. 150-157). It is quite obvious that such conformal AFARs along with the listed features possess low reflective properties when the radio wave is irradiated from directions close to the axis of symmetry. It is also known that the process of forming the main lobe of the radiation pattern in directions close to the axis of symmetry in spherical and conical AFARs is performed with indicators that are not inferior to, and sometimes even superior to, indicators of flat AFARs. To form the main maximum of the conformal AFAR radiation pattern in a given direction, in-phase addition of the fields of the same polarization of all emitters included in the emitting region is required. Moving the radiating region along a convex surface requires a change in the plane of polarization of the fields that make up the emitters. Therefore, in these AFARs, emitters of either circular or controlled polarization are used. As emitting elements of a hemispherical AFAR, the same weakly directed emitters with axial symmetry are used as in flat AFARs. To create the necessary polarization characteristics, the following types of emitters were most widely used: cruciform vibrators, spiral and frequency-independent antennas, and slot emitters, the transverse dimensions of which, depending on the type of emitter, range from 0.4λ to 1.2λ, i.e. . their sizes are commensurate with the working wavelength.

Однако нельзя упускать из виду тот факт, что такого рода неплоские конструкции АФАР в сравнении с плоскими конструкциями могут быть ограничены в своих технических возможностях. Рассмотрим условия их функционирования.However, one should not lose sight of the fact that such non-planar AFAR designs in comparison with flat designs may be limited in their technical capabilities. Consider the conditions of their functioning.

Сферические АФАР обеспечивают полусферический обзор с минимальными изменениями диаграммы направленности и вариациями усиления в пределах 0,1...1,0 дБ. Это достигается размещением излучателей с почти равномерной плотностью по поверхности сферы и использованием конформного сканирования, т.е. сохранением при сканировании формы и размеров излучающей области. Центр излучающей области обычно находится на направлении главного максимума U_c (или равносигнального направления). Перемещение излучающей области осуществляется коммутацией питания излучателей, а фазирование (одинаковое в пределах излучающей области при любом ее положении) служит для компенсации фазовых ошибок (фокусировки). Отключение части излучателей и управление формой излучающей области позволяет получить диаграмму направленности с разными параметрами. Центральный угол излучающей области υ₀ (фиг.5) может быть оптимизирован на основании критерия минимальности общего числа излучателей для получения заданной ширины главного лепестка диаграммы направленности или заданного коэффициента усиления. Расчеты показывают (Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток), под редакцией Д.И.Воскресенского. М.: "Радио и связь". 1981. Стр.156), что минимальное число управляемых излучателей получается при угле υ₀=50°...90°, но ввиду неэффективности излучения элементов под большими углами, на практике целесообразно использовать АФАР с угломSpherical AFARs provide a hemispherical view with minimal changes in the radiation pattern and gain variations within 0.1 ... 1.0 dB. This is achieved by placing emitters with an almost uniform density over the surface of the sphere and using conformal scanning, i.e. preservation when scanning the shape and size of the emitting region. The center of the radiating region is usually in the direction of the main maximum U _c (or the equal signal direction). Moving the emitting region is carried out by switching the power of the emitters, and phasing (the same within the emitting region at any position) serves to compensate for phase errors (focusing). Turning off part of the emitters and controlling the shape of the emitting region allows you to get a radiation pattern with different parameters. The central angle of the emitting region υ ₀ (Fig. 5) can be optimized based on the criterion of the minimum total number of emitters to obtain a given width of the main lobe of the radiation pattern or a given gain. The calculations show (Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays), edited by D. I. Voskresensky. M.: Radio and Communications. 1981. P. 156) that the minimum number of controlled emitters is obtained at an angle υ ₀ = 50 ° ... 90 °, but due to the inefficiency of radiation of elements at large angles, in practice it is advisable to use AFAR with an angle

Учитывая условие (1) для определения значений ЭПР (σ) сферических АФАР с направления, близкого к оси симметрии поверхности, образующей ее раскрыв (шаровой сегмент сферы радиуса r) в коротковолновой области (r/λ≥10), вполне подходит выражение для расчета ЭПР сферы в условиях полного поляризационного приема (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио». 1975 г. Стр. 103).Considering condition (1) for determining the EPR values (σ) of spherical AFARs from the direction close to the axis of symmetry of the surface forming its opening (spherical segment of a sphere of radius r) in the short-wavelength region (r / λ≥10), the expression for calculating the EPR spheres in conditions of complete polarization reception (Kobak VO Radar reflectors. M.: Sov. Radio. 1975, p. 103).

где π=3,1415926...;where π = 3,1415926 ...;

r - радиус сферы;r is the radius of the sphere;

λ - рабочая длина волны.λ is the working wavelength.

Также отметим, что значение ЭПР сферы не зависит от длины волны, что характерно для тел двойной кривизны большого волнового размера.We also note that the EPR value of the sphere does not depend on the wavelength, which is characteristic of bodies of double curvature of a large wave size.

Исходя из условия (1) наиболее рациональное размещение излучателей возможно при равномерном их расположении по всей или части выпуклой осесимметричной поверхности, образованной шаровым сегментом (фиг.5) с основанием радиуса b≥7λ и высотой h, исходя из соотношения b/h≈2, где λ - рабочая длина волны. Из выражения (2) следует, что замена плоской АФАР с поперечным размером ≈10λ на равновеликую сферическую обеспечивает снижение максимальных значений ЭПР (σ_0.0) с ≈1...3 м² до 0,07...0,1 м². Однако такого уровня снижения значений ЭПР АФАР может быть не достаточно, поэтому для обеспечения значений ЭПР АФАР менее 0,01 м² предлагается излучатели располагать по поверхности конической формы.Based on condition (1), the most rational arrangement of emitters is possible with their uniform distribution over all or part of a convex axisymmetric surface formed by a spherical segment (Fig. 5) with a base of radius b≥7λ and height h, based on the ratio b / h≈2, where λ is the working wavelength. It follows from expression (2) that replacing a flat AFAR with a transverse dimension of ≈10λ with an equal spherical one ensures a decrease in the maximum EPR values (σ _0.0 ) from ≈1 ... 3 m ² to 0.07 ... 0.1 m ² . However, this level of reduction of the EPR AFAR values may not be sufficient, therefore, to provide EPR values of the AFAR less than 0.01 m ^{2, it is} proposed that the emitters be arranged on a conical surface.

В конических АФАР осуществляется конформное сканирование в плоскости основания и обычное секторное сканирование в плоскости образующей конуса. Излучающая область занимает сектор, размер которой зависит от направления главного максимума U_к (угла фокусировки) (фиг.6). При полусферическом обзоре некоторые участки конической поверхности излучают под большими углами, поэтому на практике период решетки выбирается близким к 0,5λ, хотя в ряде случаев из конструктивных соображений его приходится увеличивать до 0,6λ...0,75λ. На фиг.7 приведены графики, которые позволяют оценить изменение площади эквивалентного плоского раскрыва конической АФАР S_к/S₀ (S₀=πc² - площадь основания) при изменении направления угла фокусировки U_к и угла при вершине конуса f_к (угол между осью и образующей) (Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток), под редакцией Д.И.Воскресенского. М.: "Радио и связь". 1981. Стр.153). У вершины конуса, как правило, излучатели не размещаются, однако эта площадь невелика и в данном случае не учитывается. Анализ графиков показывает, что для уменьшения колебаний коэффициента усиления при сканировании целесообразно применять конические поверхности с углом при вершине (угол между осью и образующей)In conical AFARs, conformal scanning in the plane of the base and conventional sector scanning in the plane of the generatrix of the cone are carried out. The radiating region occupies a sector, the size of which depends on the direction of the main maximum U _to (focus angle) (Fig.6). In a hemispherical survey, some sections of the conical surface emit at large angles; therefore, in practice, the lattice period is chosen close to 0.5λ, although in some cases it has to be increased to 0.6λ ... 0.75λ from structural considerations. Figure 7 shows graphs that allow you to evaluate the change in the area of the equivalent flat aperture of the conical AFAR S _k / S ₀ (S ₀ = πc ² is the base area) when changing the direction of the focus angle U _k and the angle at the apex of the cone f _k (angle between the axis and generatrix) (Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays), edited by D. I. Voskresensky. M.: Radio and Communications. 1981. P. 153). At the top of the cone, as a rule, emitters are not placed, however, this area is small and in this case is not taken into account. Analysis of the graphs shows that in order to reduce oscillations of the gain during scanning, it is advisable to use conical surfaces with an angle at the apex (the angle between the axis and the generatrix)

Исходя из условия (3) следует, что излучатели необходимо размещать равномерно по всей или части выпуклой осесимметричной поверхности, образованной круговым прямым конусом (фиг.6) высотой k с основанием радиуса с≥7λ, исходя из соотношения k/c≈3, где λ - рабочая длина волны.Based on condition (3), it follows that the emitters must be placed uniformly along all or part of the axially symmetric convex surface formed by a circular straight cone (Fig.6) of height k with a base of radius c≥7λ, based on the ratio k / c≈3, where λ - working wavelength.

Известно, что значение ЭПР кругового прямого конуса с приемлемой точностью можно определить в приближении физической оптики с двух направлений:It is known that the EPR value of a circular straight cone can be determined with acceptable accuracy in the approximation of physical optics from two directions:

со стороны вершины конуса (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио». 1975 г. Стр.129)from the top of the cone (Kobak V.O. Radar reflectors. M.: Sov. Radio. 1975, p. 129)

σ_к1=πc²tg²f_к σ _k1 = πc ² tg ² f _k

и при падении волны перпендикулярно образующей конусаand when the wave is incident perpendicular to the generatrix of the cone

где с - радиус основания;where c is the radius of the base;

f_к - половина угла раскрыва конуса;f _to - half the opening angle of the cone;

k - высота конуса;k is the height of the cone;

λ - рабочая длина волны.λ is the working wavelength.

Радиолокационная антенна 1 с уменьшенной эффективной площадью рассеяния работает следующим образом. На раскрыв антенны падает плоский фронт электромагнитной волны. Устройства частотной селекции 3 с заданными полосовыми характеристиками пропускают электромагнитное излучение в полосе рабочих частот антенны, а за пределами этой полосы отражают излучение в разные стороны, исключая обратные переотражения в сторону источника излучения. Электромагнитное излучение в полосе рабочих частот антенны, пройдя устройства частотной селекции 3 отражается от излучателей 2 с размерами, соизмеримыми с рабочей длиной волны, размещенными по всей или части выпуклой осесимметричной поверхности равномерно вокруг оси, ориентированной по нормали к плоскости устройств частотной селекции и образованной шаровым сегментом или круговым прямым конусом и также отклоняется в сторону от направления на радиолокатор. Таким образом исключаются переотражения электромагнитной волны от антенны в полосе ее рабочих частот с направлений, близких к нормали к ее раскрыву.Radar antenna 1 with a reduced effective scattering area works as follows. A flat front of an electromagnetic wave falls on the antenna opening. Frequency selection devices 3 with predetermined band-pass characteristics transmit electromagnetic radiation in the operating frequency band of the antenna, and outside this band they reflect radiation in different directions, excluding reverse re-reflections to the side of the radiation source. Electromagnetic radiation in the working frequency band of the antenna, passing the frequency selection device 3 is reflected from the emitters 2 with sizes comparable with the working wavelength, placed along all or part of the convex axisymmetric surface uniformly around an axis oriented normal to the plane of the frequency selection devices and formed by a spherical segment or a circular straight cone and also deviates to the side from the direction of the radar. This eliminates the re-reflection of the electromagnetic wave from the antenna in the band of its operating frequencies from directions close to the normal to its opening.

Существо предлагаемого технического решения поясняется фиг.1-8, на которых представлена радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, а также результаты экспериментальных исследований ее моделей в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса 2 ЦНИИ МО РФ ("Эталонный радиолокационный измерительный комплекс открытого типа (ЭРИК)". Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Противовоздушная и противоракетная оборона. Том IX. М.: "Оружие и технологии". 2004. С.385). Модель образца радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния представляла собой в первом случае плоскую круглую проводящую пластину радиусом a=9λ, с плотно расположенными на ней 230-ю излучателями 2 квадратной формы (0,8λ×0.8λ), выполненными из проводящей фольги (известная антенна - фиг.1). Во втором случае - проводящую поверхность, образованную шаровым сегментом с основанием радиуса b=9λ и высотой h=5λ равномерно, вокруг оси, частично заполненную таким же числом излучателей (предлагаемая антенна - фиг.2). В третьем - проводящую поверхность, образованную круговым прямым конусом с основанием радиуса c=9λ и высотой k=27λ равномерно, вокруг оси, со стороны вершины частично заполненную таким же, как и в предыдущих случаях числом излучателей (предлагаемая антенна - фиг.3). При этом видимые геометрические площади облучаемых поверхностей между собой были равны (а=b=с=9λ). Частичное заполнение для сферической и конической поверхности подразумевало покрытие не всей, а только части их поверхности одинаковым числом излучателей в сравнении с полностью заполненной плоской поверхностью (фиг.1).The essence of the proposed technical solution is illustrated in figures 1-8, which shows a radar antenna with a reduced effective scattering area, as well as the results of experimental studies of its models in the conditions of the Reference Radar Measuring Complex 2 of the Central Research Institute of the RF Ministry of Defense ("Reference Radar Measuring Complex of the Open Type (ERIC) ". Weapons and technologies of Russia. Encyclopedia. XXI century. Air defense and missile defense. Volume IX. M.:" Weapons and technologies ". 2004. P.385). The model of a sample of a radar antenna with a reduced effective scattering area was, in the first case, a flat round conductive plate of radius a = 9λ, with 230 square emitters 2 (0.8λ × 0.8λ) densely located on it made of a conductive foil (known antenna - figure 1). In the second case, a conductive surface formed by a spherical segment with a base of radius b = 9λ and height h = 5λ uniformly around the axis, partially filled with the same number of emitters (the proposed antenna is figure 2). In the third - a conductive surface formed by a circular straight cone with a base of radius c = 9λ and a height of k = 27λ uniformly around the axis, from the apex side, partially filled with the same number of emitters as in the previous cases (proposed antenna - Fig. 3). In this case, the visible geometric areas of the irradiated surfaces were equal to each other (a = b = c = 9λ). Partial filling for a spherical and conical surface meant covering not all, but only part of their surface with the same number of emitters in comparison with a completely filled flat surface (Fig. 1).

На фиг.1 приведена схема известной радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, а также ее физическая модель для экспериментального исследования ЭПР.Figure 1 shows a diagram of a known radar antenna with a reduced effective scattering area, as well as its physical model for the experimental study of EPR.

На фиг.2 - схема предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, с излучателями с размерами, соизмеримыми с рабочей длиной волны, размещенными по поверхности, образованной шаровым сегментом, а также ее физическая модель для экспериментального исследования ЭПР.Figure 2 - diagram of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area, with emitters with sizes comparable with the working wavelength, placed on the surface formed by the spherical segment, as well as its physical model for experimental research of EPR.

На фиг.3 - схема предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, с излучателями с размерами, соизмеримыми с рабочей длиной волны, размещенными по поверхности, образованной круговым прямым конусом, а также ее физическая модель для экспериментального исследования ЭПР.Figure 3 - diagram of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area, with emitters with sizes comparable with the working wavelength, placed on the surface formed by a circular straight cone, as well as its physical model for experimental research of EPR.

На фиг.4 приведено сравнение величины ЭПР простых отражателей, у которых видимые геометрические площади S облучаемых поверхностей равны 1 м².Figure 4 shows a comparison of the EPR values of simple reflectors, in which the visible geometric areas S of the irradiated surfaces are 1 m ² .

На фиг.5 приведена геометрия сферической АФАР.Figure 5 shows the geometry of a spherical AFAR.

На фиг.6 приведена геометрия конической АФАР.Figure 6 shows the geometry of the conical AFAR.

На фиг.7 приведены графики зависимости площади эквивалентного плоского раскрыва конической АФАР (S_к/S₀) от изменения направления угла фокусировки (U_к) и угла при вершине конуса (f_k).Fig. 7 shows graphs of the area of the equivalent flat aperture of a conical AFAR (S _c / S ₀ ) versus the change in the direction of the focus angle (U _k ) and the angle at the apex of the cone (f _k ).

На фиг.8 слева приведены диаграммы обратного отражения модели известной (n) и предлагаемой АФАР сферической (g) и конической (q) формы на длине волны λ=3,2 см, а также соответствующие им функции распределения значений ЭПР в секторе углов наблюдения 0±30° относительно нормали к раскрыву антенны (на фиг.8 справа).Fig. 8 on the left shows the back reflection diagrams of the known (n) model and the proposed AFAR of spherical (g) and conical (q) shapes at a wavelength of λ = 3.2 cm, as well as the corresponding distribution functions of the EPR values in the sector of observation angles 0 ± 30 ° relative to the normal to the aperture of the antenna (Fig. 8 to the right).

Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния сферической и конической формы по сравнению с известной антенной-прототипом имеет меньшие значения ЭПР (по уровню вероятности 0,0 - максимальные значения) в полосе ее рабочих частот, в секторе углов наблюдения 0±30° относительно нормали к раскрыву антенны соответственно на 12,1 дБ и 20,4 дБ.An analysis of the results allows us to conclude that the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area of a spherical and conical shape, in comparison with the known prototype antenna, has lower EPR values (probability level 0.0 - maximum values) in the band of its operating frequencies, in sector of viewing angles 0 ± 30 ° relative to the normal to the aperture of the antenna, respectively, by 12.1 dB and 20.4 dB.

Реализация заявляемой антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы могут быть предусмотрены и другие варианты его осуществления, не выходящие за рамки изобретения.Implementation of the inventive antenna with a reduced effective scattering area is not difficult. Obviously, the invention is not limited to the foregoing example of its implementation. Based on its scheme, other options for its implementation may be provided, without going beyond the scope of the invention.

Устройство антенн с уменьшенной эффективной площадью рассеяния целесообразно использовать в организациях, занимающихся проектированием антенных систем бортовых радиолокационных станций.The device antennas with a reduced effective dispersion area, it is advisable to use in organizations involved in the design of antenna systems on-board radar stations.

Claims

1. A radar antenna with a reduced effective scattering area, containing at least two emitters operating in a given operating frequency band, placed in front of the emitters in the same plane of a frequency selection device with band characteristics that allow transmission of electromagnetic radiation in the operating frequency band, and reflect outside this band radiation, characterized in that the emitters with dimensions commensurate with the working wavelength are placed along all or part of the convex axisymmetric surface of uniformly around an axis oriented normal to the plane of frequency selection devices, and the convex axisymmetric surface formed with a spherical segment radius b≥7λ base, and a height h, based on the ratio b / h≈2, where λ - the working wavelength.

2. A radar antenna with a reduced effective scattering area, containing at least two emitters operating in a given operating frequency band, placed in front of the emitters in the same plane of a frequency selection device with band characteristics that allow transmission of electromagnetic radiation in the operating frequency band and reflect outside this band radiation, characterized in that the emitters with dimensions commensurate with the working wavelength are placed along all or part of the convex axisymmetric surface of uniformly around an axis oriented normal to the plane of frequency selection devices, and the convex surface is formed axially symmetric circular cone height direct k with base radius c≥7λ, based on the ratio k / c≈3, where λ - the working wavelength.